SENSOR, AKTUATOR DAN KOMPONEN KONTROL LAINNYA

A. Tranduser

Tranduser : piranti (device) yang mengkonversi energi dari satu bentuk ke bentuk

lainnya

Contoh :

- Termometer air raksa : mengkonversi energi termal/panas yang diterimanya

menjadi perubahan ketinggian kolom air raksa yang terdapat di dalam tabung

kaca termometer tersebut.

Berdasarkan fungsinya dalam suatu sistem elektronik, transduser dapat dibedakan

menjadi dua macam, yaitu: sensor dan aktuator.

B. Sensor Sensor (kadang disebut juga detektor) : transduser masukan yang berfungsi menerima

suatu bentuk energi (biasanya berupa besaran fisis) dan mengonversinya

menjadi sinyal elektris.

Disebut sensor karena piranti ini berfungsi mengindera (sense) atau mendeteksi

(detect) suatu bentuk energi atau fenomena/besaran fisis.

Klasifikasi sensor :

a. Berdasarkan fenomena alam atau besaran fisis yang diinderanya, sensor dibedakan

menjadi :

Sensor cahaya (optik)

Sensor optik atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari

sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda atau

ruangan. Prinsip kerja dari sensor ini adalah mengubah energy dari foton

menjadi elektron.

Jenis sensor cahaya adalah :

- Fotovoltaic (sel solar), merupakan sensor sinar yang mengubah intensitas

cahaya yang diterima secara langsung menjadi tegangan.

Sel solar silikon yang modern pada dasarnya adalah sambungan PN dengan

lapisan P yang transparan. Jika ada cahaya pada lapisan transparan P akan

menyebabkan gerakan elektron antara bagian P dan N, jadi menghasilkan

tegangan DC yang kecil sekitar 0,5 volt per sel pada sinar matahari penuh.

- Fotokonduktif

Energi yang jatuh pada sel fotokonduktif akan menyebabkan perubahan

tahanan sel. Apabila permukaan alat ini gelap maka tahanan alat menjadi

tinggi. Ketika menyala dengan terang tahanan turun pada tingkat harga yang

rendah.

- LED

- LDR (Light Dependent Resistor)

Sensor peka cahaya ini bersifat resistif : perubahan intensitas cahaya

menyebabkan perubahan resistansi sensor. Perubahan resistansi ini

dimanfaatkan untuk menghasilkan perubahan tegangan dengan cara

menempatkan sensor tersebut pada rangkaian pembagi tegangan (voltage

divider) yang kedua ujungnya diberi catu daya (sumber tegangan eksternal),

yaitu tegangan dc +5 V.

Sensor temperatur (suhu)

Jenis sensor temperatur adalah :

- Termokopel

Sensor ini terdiri dari dua jenis logam yang salah satu ujungnya saling

terhubung satu sama lain. Perubahan temperatur pada bagian ujung yang

terhubung akan menimbulkan tegangan (beda potensial) pada kedua ujung

yang terbuka (tak terhubung).

- Detektor suhu tahanan / RTD (Resistant Temperature Detector)

Konsep utama dari yang mendasari pengukuran suhu dengan detektor suhu

tahanan (resistant temperature detector) adalah tahanan listrik dari logam

yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah

presisi dan dapat diulang lagi sehingga memungkinkan pengukuran suhu

yang konsisten melalui pendeteksian tahanan. Bahan yang sering

digunakan RTD adalah platina karena kelinearan, stabilitas dan

reproduksibilitas.

- Termistor

- Merupakan resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai

koefisien suhu negatif. Karena suhu meningkat, tahanan menurun dan

sebaliknya, bersifat resistif dan biasanya ditempatkan dalam rangkaian

pembagi tegangan dengan catu daya +5V. Termistor sangat peka (perubahan

tahanan sebesar 5% per C) oleh karena itu mampu mendeteksi perubahan

kecil di dalam suhu.

- Sensor suhu rangkaian terpadu (IC)

Sensor suhu dengan IC ini menggunakan chip silikon sebagai elemen sensor.

Memiliki konfigurasi output tegangan dan arus. Meskipun terbatas dalam

rentang suhu (dibawah 200 C), tetapi menghasilkan output yang sangat linear

di atas rentang kerja.

Sensor bunyi

Sensor Suara adalah sebuah alat yang mampu mengubah gelombang Sinusiuda

suara menjadi gelombang sinus energi listrik (Alternating Sinusioda Electric

Curret). Sensor suara bekerja berdasarkan besar/kecilnya kekuatan gelombang

suara yang mengenai membran sensor yang menyebabkan bergeraknya

membran sensor yang juga terdapat sebuah kumparan kecil dibalik membran

tadi naik dan turun.

Contoh :

- Mikrofon : mengkonversi gelombang bunyi menjadi sinyal elektris

Sensor gaya/tekanan

Jenis sensor tekanan adalah :

- Strain gauge

Strain gauge adalah komponen elektronika yang dipakai untuk mengukur

tekanan (deformasi atau strain) pada alat ini. Alat ini ditemukan pertama kali

oleh Edward E. Simmons pada tahun 1938, dalam bentuk foil logam yang

bersifat insulatif (isolasi) yang menempel pada benda yang akan diukur

tekanannya. Jika tekanan pada benda berubah, maka foilnya akan ter

deformasi, dan tahanan listrik alat ini akan berubah. Perubahan tahanan listrik

ini akan dimasukkan ke dalam rangkaian Jembatan Wheatstone. Output dari

sensor ini adalah berupa perubahan resistansi yang kemudian dikondisikan

dengan menggunakan wheatstone brige. Sensor inni digunakan dengan cara

ditempelkan pada permukaan logam yang akan diukur regangannya.

- Piezoresistif : Tekanan yang diterima sensor ini diubah menjadi perubahan

resistansi

- Piezoelektrik

Piezoelektrik adalah suatu kemampuan yang dimiliki sebagian kristal maupun

bahan-bahan tertentu lainnya yang dapat menghasilkan suatu arus listrik jika

mendapatkan perlakuan tekanan.

Sensor kecepatan/percepatan

Contoh :

- Sensor kecepatan : rotary encoder

Sensor aliran

Sensor magnetik

Sensor jarak/posisi/ketinggian

Sensor kimia

b. Berdasarkan kebutuhan energi untuk membangkitkan sinyal elektris pada

keluarannya, sensor dibedakan menjadi sensor aktif dan sensor pasif

Sensor aktif : sensor yang membutuhkan sumber listrik (ac atau dc) untuk

mengoperasikannya.

Contoh :

- Strain gauge

- LDR (Light Dependent Resistor)

- Termistor

- Piezoresistif

Sensor pasif : sensor yang membutuhkan sumber listrik (ac atau dc) untuk

mengoperasikannya.

Sensor ini langsung menghasilkan tegangan pada keluarannya tanpa harus diberi

catu daya sama sekali.

Contoh :

- Termokopel

- Piezoelektrik : tekanan yang diterima sensor ini diubah langsung menjadi

tegangan.

- Fotovoltaik

c. Berdasarkan tipe energi yang dideteksinya, sensor dapat dibedakan atas 6 jenis

seperti ditunjukkan pada table di bawah.

Jenis sensor Contoh sensor Keterangan

Mekanik Strain gauge Regangan sebanding dengan perubahan

resistansi

Magnetik Sensor efek Hall Arus yang mengalir di dalam konduktor piranti

Efek Hall menghasilkan tegangan

Radiasi

elektromagnetik

Antena penerima Mengubah energi elektromagnetik gelombang

radio menjadi energi listrik

Radiasi nuklir Kamar ionisasi Arus listrik di antara elektroda-elektrodanya

sebanding dengan radiasi pengionan (ionizing

radiation)

Panas Termokopel Tegangan keluarannya sebanding dengan

selisih temperatur kedua kawat logam yang

digabungkan pada salah satu ujungnya

Kimia Sensor pH Ukuran konsentrasi ion hidrogen di dalam

suatu larutan

d. Berdasarkan efek kelistrikan pada elemen sensornya, sensor dapat dibedakan

menjadi sensor resistif, sensor induktif dan sensor kapasitif.

Sensor resistif : sensor yang resistansinya berubah ketika menerima

pengaruh/perubahan kondisi eksternal tertentu.

Contoh :

- Termistor : resistansinya berubah dengan berubahnya temperatur.

- Piezoresistif : resistansinya berubah dengan berubahnya tekanan.

- GMR (Giant Magneto Resistif) : resistansinya berubah denganberubahnya

medan magnetik eksternal.

Sensor induktif : sensor yang induktansinya berubah ketika menerima

pengaruh/perubahan kondisi eksternal tertentu.

Contoh :

- LVDT ( Linear Variable Differential Transformer) : induktansinya berubah

dengan berubahnya posisi inti besi di dalam transformator/trafo.

Sensor kapasitif : sensor yang kapasitansinya berubah ketika menerima

pengaruh/perubahan kondisi eksternal tertentu.

Contoh :

- Mikrofon kapasitor (condenser microphone) : kapasitansinya berubah dengan

berubahnya jarak antara kedua plat kapasitor didalam mikrofon akibat

tekanan gelombang akustik/bunyi yangditerimanya.

- Sensor kelembaban udara : kapasitansinya berubah dengan berubahnya

konstanta dielektrik kapasitor akibat perubahan jumlah material (uap air)

yang mengisi celah antara kedua plat kapasitor itu.

e. Berdasarkan bentuk sinyal keluarannya, sensor dibagi menjadi sensor analog dan

sensor digital.

Sensor analog : menghasilkan sinyal/tegangan keluaran kontinyu dan umumnya

sebanding dengan besaran yang sedang diukur.

Contoh : termokopel

Sensor digital : menghasilkan sinyal/tegangan keluaran diskrit (tidak kontinyu,

melainkan dalam bentuk biner).

Contoh : sistem sensor kecepatan putaran (terdiri atas LED sebagai pemancar

dan fototransistor sebagai penerima).

C. Aktuator

Aktuator berarti penggerak. Dalam pengertian listrik adalah setiap alat yang mengubah

sinyal listrik menjadi gerakan mekanis. Biasa digunakan sebagai proses lanjutan dari

keluaran suatu proses olah data yang dihasilkan oleh suatu sensor atau kontroler.

Berikut adalah jenis-jenis aktuator :

- Relai

Merupakan alat yang dioperasikan dengan listrik dan secara mekanis mengontrol

penghubungan rangkaian listrik, bermanfaat untuk kontrol jarak jauh dan untuk

pengontrolan alat tegangan dan arus tinggi dengan sinyal kontrol tegangan dan arus

rendah. Bekerja berdasarkan pembentukan elektromagnet yang menggerakkan

elektromekanis penghubung dari dua atau lebih titik penghubung (konektor)

rangkaian sehingga dapat menghasilkan kondisi kontak ON atau kontak OFF atau

kombinasi dari keduanya.

- Solenoid

Merupakan alat yang digunakan untuk mengubah sinyal listrik atau arus listrik

menjadi gerakan mekanis linear. Terbentuk dari kumparan dengan inti besi yang

dapat bergerak, besarnya gaya tarikan atau dorongan yang dihasilkan adalah

ditentukan dengan jumlah lilitan kumparan tembaga dan besar arus yang mengalir

melalui kumparan.

- Motor stepper

Merupakan alat yang mengubah pulsa listrik yang diberikan menjadi gerakan rotor

diskrit (berlainan) yang disebut step (langkah). Satu putaran motor memerlukan 360

derajat dengan jumlah langkah yang tertentu perderajatnya. Ukuran kerja dari

stepper biasanya diberikan dalam jumlah langkah per-putaran per-detik. Motor

stepper mempunyai kecepatan dan torsi yang rendah namun memiliki kontrol

gerakan posisi yang cermat, hal ini dikarenakan memiliki beberapa segmen kutub

kumparan.

- Motor DC

Merupakan alat yang mengubah pulsa listrik menjadi gerak, mempunyai prinsip

dasar yang sama dengan motor stepper namun gerakannya bersifat kontinyu atau

berkelanjutan. Motor DC dibagi atas 2 jenis :

1. Motor DC dengan sikat (mekanis komutasi), yaitu motor yang memiliki sikat

karbon berfungsi sebagai pengubah arus pada kumparan sedemikian rupa

sehingga arah tenaga putaran motor akan selalu sama.

2. Motor DC tanpa sikat, menggunakan semi konduktor untuk merubah maupun

membalik arus sehingga layaknya pulsa yang menggerakkan motor tersebut.

Biasa digunakan pada sistem servo, karena mempunyai efisiensi tinggi, umur

pemakaian lama, tingkat kebisingan suara listrik rendah, karena putarannya

halus seperti stepper namun putarannya terus-menerus tanpa adanya step.

D. Komponen Kontrol Lainnya Analog (ADC)

Prosedur konversi sinyal analog digital :

(1) Sensor & tranduser : merupakan perangkat penghasil sinyal analog

(2) Pengkondisian sinyal : sinyal analog kontinyu dari tranduser diolah terlebih

dahulu melalui proses seperti filter dan konversi dari satu bentuk ke bentuk

lainnya agar bentuk sinyal menjadi lebih baik.

(3) Multiplexer : menggabungkan beberapa proses menjadi proses serial

(4) Amplifier : menskalakan sinyal input agar sesuai dengan range perangkat ADC

(5) Analog-to-Digital Converter : mengkonversi sinyal input menjadi sinyal digital

Langkah-langkah ADC :

1. Sampling

2. kuantisasi

Digital (DAC) Langkah-langkah DAC :

1. decoding

2. data holding